8 дюймдік LNOI (изолятордағы LiNbO3) оптикалық модуляторларға арналған вафли Толқын бағыттағыштары Интегралды схемалар
Егжей-тегжейлі диаграмма
Кіріспе
Оқшаулағыштағы литий ниобаты (LNOI) пластиналары әртүрлі жетілдірілген оптикалық және электронды қолданбаларда қолданылатын озық материал болып табылады. Бұл пластиналар иондарды имплантациялау және пластинаны байланыстыру сияқты күрделі әдістерді қолдана отырып, литий ниобатының (LiNbO₃) жұқа қабатын оқшаулағыш субстратқа, әдетте кремнийге немесе басқа қолайлы материалға беру арқылы өндіріледі. LNOI технологиясы Silicon on Insulator (SOI) пластинка технологиясымен көптеген ұқсастықтарға ие, бірақ пьезоэлектрлік, пироэлектрлік және сызықты емес оптикалық сипаттамаларымен танымал материал литий ниобатының бірегей оптикалық қасиеттерін пайдаланады.
LNOI пластиналары интеграцияланған оптика, телекоммуникация және кванттық есептеулер сияқты салаларда жоғары жиілікті және жоғары жылдамдықты қолданбалардағы жоғары өнімділігінің арқасында үлкен назарға ие болды. Вафли литий ниобаты жұқа қабықшасының қалыңдығын дәл бақылауға мүмкіндік беретін «Smart-cut» техникасы арқылы шығарылады, бұл пластинаның әртүрлі қолданбалар үшін қажетті техникалық сипаттамаларға сәйкес келуін қамтамасыз етеді.
Принцип
LNOI пластинкаларын жасау процесі көлемді литий ниобат кристалынан басталады. Кристалл иондық имплантациядан өтеді, мұнда жоғары энергиялы гелий иондары литий ниобат кристалының бетіне енгізіледі. Бұл иондар кристалға белгілі бір тереңдікке еніп, кристалдық құрылымды бұзады, кейінірек кристалды жұқа қабаттарға бөлу үшін қолдануға болатын нәзік жазықтықты жасайды. Гелий иондарының меншікті энергиясы имплантацияның тереңдігін басқарады, бұл соңғы литий ниобат қабатының қалыңдығына тікелей әсер етеді.
Ионды имплантациялаудан кейін литий ниобаты кристалы вафли байланысы деп аталатын әдісті пайдаланып субстратқа қосылады. Байланыстыру процесі әдетте тікелей байланыстыру әдісін пайдаланады, мұнда екі бет (ионды имплантацияланған литий ниобат кристалы және субстрат) күшті байланыс жасау үшін жоғары температура мен қысым астында бірге басылады. Кейбір жағдайларда қосымша қолдау үшін бензоциклобутин (BCB) сияқты жабысқақ материал қолданылуы мүмкін.
Байланыстырғаннан кейін пластинка иондық имплантациядан туындаған кез келген зақымдануды жөндеу және қабаттар арасындағы байланысты күшейту үшін жасыту процесінен өтеді. Жасыту процесі сонымен қатар жұқа литий ниобат қабатын бастапқы кристалдан ажыратуға көмектеседі, құрылғыны жасау үшін пайдалануға болатын жұқа, жоғары сапалы литий ниобат қабатын қалдырады.
Техникалық сипаттамалар
LNOI пластиналары олардың өнімділігі жоғары қолданбаларға жарамдылығын қамтамасыз ететін бірнеше маңызды сипаттамалармен сипатталады. Оларға мыналар жатады:
Материалдық сипаттамалар.
| .Материал. | .Техникалық сипаттамалар. |
| Материал | Біртекті: LiNbO3 |
| Материал сапасы | Көпіршіктер немесе қосындылар <100мкм |
| Бағдарлау | Y-кесу ±0,2° |
| Тығыздығы | 4,65 г/см³ |
| Кюри температурасы | 1142 ±1°C |
| Мөлдірлік | >95% 450-700 нм диапазонында (қалыңдығы 10 мм) |
Өндірістік сипаттамалар.
| .Параметр. | .Техникалық сипаттама. |
| Диаметрі | 150 мм ±0,2 мм |
| Қалыңдығы | 350 мкм ±10 мкм |
| Жазық | <1,3 мкм |
| Жалпы қалыңдықтың өзгеруі (TTV) | Кесу <70 мкм @ 150 мм пластина |
| Жергілікті қалыңдықтың өзгеруі (LTV) | <70 мкм @ 150 мм пластина |
| Кедір-бұдыр | Rq ≤0,5 нм (AFM RMS мәні) |
| Бет сапасы | 40-20 |
| Бөлшектер (алынбайтын) | 100-200 мкм ≤3 бөлшектер |
| Чипсы | <300 мкм (толық вафли, алып тастау аймағы жоқ) |
| Жарықтар | Жарықтар жоқ (толық вафли) |
| Ластану | Алынбайтын дақтар жоқ (толық вафли) |
| Параллелизм | <30 доғалы секунд |
| Бағдар анықтамалық жазықтығы (X осі) | 47 ±2 мм |
Қолданбалар
LNOI пластиналары бірегей қасиеттеріне байланысты кең ауқымда қолданылады, әсіресе фотоника, телекоммуникациялар және кванттық технологиялар салаларында. Негізгі қолданбалардың кейбірі мыналарды қамтиды:
Біріктірілген оптика:LNOI пластиналары модуляторлар, толқын өткізгіштер және резонаторлар сияқты өнімділігі жоғары фотонды құрылғыларды іске қосатын интеграцияланған оптикалық схемаларда кеңінен қолданылады. Литий ниобатының жоғары сызықтық емес оптикалық қасиеттері оны тиімді жарық манипуляциясын қажет ететін қолданбалар үшін тамаша таңдау жасайды.
Телекоммуникациялар:LNOI пластиналары оптикалық модуляторларда қолданылады, олар жоғары жылдамдықты байланыс жүйелерінде, соның ішінде талшықты-оптикалық желілерде маңызды компоненттер болып табылады. Жарықты жоғары жиіліктерде модуляциялау мүмкіндігі LNOI пластинкаларын заманауи телекоммуникациялық жүйелер үшін тамаша етеді.
Кванттық есептеулер:Кванттық технологияларда LNOI пластиналары кванттық компьютерлер мен кванттық байланыс жүйелеріне арналған компоненттерді жасау үшін қолданылады. LNOI сызықтық емес оптикалық қасиеттері кванттық кілттерді тарату және кванттық криптография үшін маңызды болып табылатын шиеленіскен фотон жұптарын жасау үшін қолданылады.
Сенсорлар:LNOI пластиналары оптикалық және акустикалық сенсорларды қоса алғанда, әртүрлі сезімталдық қолданбаларында қолданылады. Олардың жарықпен де, дыбыспен де әрекеттесу қабілеті оларды әртүрлі сезу технологиялары үшін жан-жақты етеді.
Жиі қойылатын сұрақтар
Q:LNOI технологиясы дегеніміз не?
A:LNOI технологиясы жұқа литий ниобат пленкасын оқшаулағыш субстратқа, әдетте кремнийге тасымалдауды қамтиды. Бұл технология литий ниобатының жоғары сызықты емес оптикалық сипаттамалары, пьезоэлектрлік және пироэлектрлік сияқты бірегей қасиеттерін пайдаланады, бұл оны біріктірілген оптика мен телекоммуникациялар үшін өте қолайлы етеді.
Q:LNOI мен SOI пластинкаларының айырмашылығы неде?
A: LNOI және SOI пластиналары ұқсас, өйткені олар субстратпен байланыстырылған жұқа материал қабатынан тұрады. Дегенмен, LNOI вафлилері жұқа пленка материалы ретінде литий ниобаты пайдаланады, ал SOI пластиналары кремнийді пайдаланады. Негізгі айырмашылық жұқа пленка материалының қасиеттерінде, LNOI жоғары оптикалық және пьезоэлектрлік қасиеттерді ұсынады.
Q:LNOI пластинкаларын пайдаланудың қандай артықшылықтары бар?
A: LNOI пластинкаларының негізгі артықшылықтары олардың жоғары сызықты емес оптикалық коэффициенттері және механикалық беріктігі сияқты тамаша оптикалық қасиеттерін қамтиды. Бұл сипаттамалар LNOI пластинкаларын жоғары жылдамдықты, жоғары жиілікті және кванттық қолданбаларда пайдалану үшін тамаша етеді.
Q:LNOI пластинкаларын кванттық қолданбалар үшін пайдалануға бола ма?
A: Иә, LNOI пластинкалары шатастырылған фотон жұптарын құру қабілетіне және біріктірілген фотоникамен үйлесімділігіне байланысты кванттық технологияларда кеңінен қолданылады. Бұл қасиеттер кванттық есептеулер, байланыс және криптографиядағы қолданбалар үшін өте маңызды.
Q:LNOI пленкаларының типтік қалыңдығы қандай?
A: LNOI пленкалары әдетте арнайы қолданбаға байланысты қалыңдығы бірнеше жүз нанометрден бірнеше микрометрге дейін ауытқиды. Қалыңдығы ионды имплантациялау процесі кезінде бақыланады.
